KR101247337B1 - 진공펌프 시험장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진공펌프 시험장치에 관한 것으로 더 상세하게는 다양한 진공펌프에 대한 성능시험을 가능하게 하여 진공펌프의 다양한 기술 개발을 촉진 시키는 동시에 진공펌프의 성능 측정 기준을 정립하여 측정에 대한 신뢰성을 향상시키는 한편 진공펌프의 구동계 임펠러를 포함하는 각종 축계장치의 진동해석을 가능하게 하는 진공펌프 시험장치에 관한 것이다.
본 발명은, 내부가 공간으로 이루어진 챔버(10); 상기 챔버(10)를 중심으로 설치되어 외부공기를 챔버(10)의 흡입공기도입관(11)으로 유도하는 흡입덕트(12); 상기 챔버(10)와 한쪽이 연결되고 다른 쪽은 시험대상 진공펌프(13)와 연결되어 챔버(10)와 진공펌프(13)를 상통시키는 연결관(14); 상기 진공펌프(13)를 통과한 공기를 배출하는 배출관(15); 상기 챔버(10), 흡입덕트(12), 연결관(14) 그리고 배출관(15)을 따라 설치되거나 이들 중 하나 이상을 선택하여 공기 유동 온도와 압력 그리고 배기상태를 검출해내는 측정수단; 시험대상 진공펌프(13)가 부하 운전 중 과부하, 과진공, 고온 및 이상 진동이 발생하여 각 기준 값 설정치 이상일 때 진공펌프(13)를 자동 또는 수동 정지시킬 수 있도록 하는 제어수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

진공펌프 시험장치{FUNCTION TESTER APPARATUS FOR VACUUM PUMP}
본 발명은 진공펌프 시험장치에 관한 것으로 더 상세하게는 다양한 진공펌프에 대한 성능시험을 가능하게 하여 진공펌프의 다양한 기술 개발을 촉진 시키는 동시에 진공펌프의 성능 측정 기준을 정립하여 측정에 대한 신뢰성을 향상시키는 한편 진공펌프의 구동계 임펠러를 포함하는 각종 축계장치의 진동해석을 가능하게 하는 진공펌프 시험장치에 관한 것이다.
현재 진공펌프의 제작기술은 소형으로의 제작기술은 발전 되어 왔으나 중,고,초고진공의 영역의 제작 기술은 활성화되지 못하고 있다.
성능을 개선한 진공펌프를 개발하여도 성능과 안전성 등을 종합적으로 도출해낼 수 있는 시험수단 그리고 시험수단을 이용한 시험의 자체 기준이 마련되지 않았거나 또한 적합하지 않은 실정이다.
실제 현장에서 적용할 경우 펌프 제조 및 판매사의 자체 시험결과와 다른 양상을 보이는 것도 다반사이므로 이를 객관화 표준화할 필요성이 나타났다.
진공펌프의 성능 개선 그리고 고성능 신제품 개발 또는 유통과정에서 나타나는 여러 문제 들은 시험 결과에 기초한 성능을 표시하지 못하기 때문이고 표시한다고 하여도 실제와는 다른 결과가 나와 신뢰성이 낮은데 원인이 있다.
한편, 저,중,초진공펌프의 운동부 설계를 위해 이미 수행된 국내 연구개발 실적을 조사한 결과 아래와 같이 본 연구 수행에 직접적인 관련이 있는 연구는 많지 않은 것으로 나타났다.
조사된 국내 진공펌프 관련 연구 수행실적을 대표적으로 나열하면 다음과 같다.
1) 직결구동형 고진동 유회전 진공펌프 관련 - 도달 진공도 및 배기속도와 기밀유지 시험과 기초설계 기술 확립을 위해 1.1kW급 시작품 설계.제작.
2) 저소음, 저진동 25W급 리니어 진공펌프 개발 관련 - 저진동/저소음 25W급 리니어 진공 펌프 개발 관련 - 25W급 피스톤형, 진공 10.5inHg, 유량 40L/min, LOA 이용.
3) 저진공 펌프 성능평가 방법의 표준화 관련 - 760~10-4torr 저진공 펌프의 성능평가 방법 개발, 도달진공도, 배기속도, 음향, 진동시험기준 정립.
4) 자기베어링을 사용한 고속단단 Turbo Blower 개발 - 자기베어링 이용 고속단단 터보 블로워 개발, 풍량 40 m3/min, 압력 9,000 mmAq, 출력 75kW, 회전수 30,000 rpm, 불평형 10㎛.
5) 내마모, 내식성의 펌프 임펠러 제조기술 개발 - 내마모, 내식성 임펠러 제조기술 개발, 경화상태 경도 HB 600 이상, 공차 ±0.3%, 표면조도 20S 이하, 세라믹 중자 강도 10kg/ 이상.
6) 단단 터보 블로워 개발 - 풍량 360mm3/ min, 압력 15000mmAq, 효율 78%, Impeller, Diffuser 설계 및 제작 등이 있었다.
위에서 나타낸 사례들은 저,중진공 펌프 자체 구동계 또는 운동부를 재설계 하거나 새로운 설계, 그리고 저진공 펌프의 성능평가 방법의 표준화 등을 목적으로 연구된 사례이다.
그러나, 현재 국내 중,고진공 펌프는 성능평가 방법에서 표준화가 이루어지지 못해 시스템의 효율성을 검증하기 어려운 문제점이 있었고 성능 표시에 대한 기준이 없었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 창출한 것으로, 진공펌프의 성능을 조건적으로 시험을 수 있도록 시험장치를 제공하고 또한, 진공펌프 성능시험 기준이 정립된 시험장치를 설계, 제작하여 다양한 진공 영역의 진공펌프 실험에 대한 기준을 재정립하여 신뢰성을 기초로 측정할 수 있도록 하는 동시에 임펠러를 포함하는 축계장치의 진동해석을 수행할 수 있는 시험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 진공펌프 시험장치는,
내부가 공간으로 이루어진 챔버; 상기 챔버를 중심으로 설치되어 외부공기를 챔버의 흡입공기도입관으로 유도하는 흡입덕트; 상기 챔버와 한쪽이 연결되고 다른 쪽은 시험대상 진공펌프와 연결되어 챔버와 진공펌프를 상통시키는 연결관; 상기 진공펌프를 통과한 공기를 배출하는 배출관; 상기 챔버, 흡입덕트, 연결관 그리고 배출관을 따라 설치되거나 이들 중 하나 이상을 선택하여 공기 유동 온도와 압력 그리고 배기상태를 검출해내는 측정수단; 시험대상 진공펌프가 부하 운전 중 과부하, 과진공, 고온 및 이상 진동이 발생하여 각 기준 값 설정치 이상 일 때 진공펌프를 자동 또는 수동 정지시킬 수 있도록 하는 제어수단;을 포함하며,
상기 챔버는, 상부 측에 과대한 부압으로 인한 챔버 및 배관 손상방지를 위해 압력이 조절되는 안전밸브가 설치되고, 챔버 내부의 압력을 측정하기 위해 부르동 압력계가 챔버의 중간 높이를 기준으로 설치되며, 챔버의 하부는 출구관이 형성되고, 상기 출구관에는 시험대상 진공펌프에 연결되는 연결관이 결합된 것을 특징으로 한다.
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또한, 상기 흡입덕트를 따라 차압유량계가 설치되고 그 차압유량계에는 수은주 압력계와 흡입압력계 그리고 조절밸브가 차례로 설치되며, 상기 차압유량계는 흡입덕트와 챔버의 중간에 위치하도록 장착되고 흡입덕트의 유입구에는 습도계와 온도계가 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버는, 시험대상 진공펌프가 정상운전 중 조절밸브를 차단하여 연결관측에 진공이 발생하기 시작하면 배기속도와 도달진공도를 측정가능 하도록 하기 위하여 원통형 구조로 형성되며, 조절밸브와 챔버를 연결하는 흡입공기도입관의 배관은 챔버 내부의 중앙 상단까지 연장되고, 챔버의 하부는 흡입공기에 포함된 응축수 또는 이물질이 배출될 수 있도록 연결관과 챔버 사이에 드레인밸브가 설치되어 있으며, 연결관과 연결되는 부분은 깔데기 모양의 하부덮개가 체결되어 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차압유량계는, 조립프레임과 오리피스 판으로 구분되어 결합된 것으로 조립프레임에 오리피스 판이 내장형으로 결합 되고, 그 오리피스 판을 조립프레임에 결합하기 위한 지지블럭을 가지며, 그 지지블럭에는 공간이 형성되어 있으며 공기 유동을 안내하기 위하여 수은주 압력계를 연결하는 연결공과 흡입압력계를 연결하는 연결공이 각각 구분되어 형성된 것을 특징으로 한다.
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또한, 상기 제어수단은,
챔버에 설치되어 챔버 내 진공상태를 측정하여 진공신호를 전달하는 전자식 진공계와,
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시험대상 진공펌프의 구동축에 설치된 가속도계 및 진공펌프의 적소에 설치된 전기식 온도계, 그리고 진공펌프의 베어링부에 설치된 진동계와,
전자식 진공계, 가속도계, 온도계, 진동계로부터 전달되는 신호를 변환하는 A/D변환기 및 변환된 신호를 증폭시키는 증폭기, 그리고 증폭된 신호를 전달받아 주어진 구동 명령을 실행하는 마이크로 프로세서를 포함하는 제어반 및 표시부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다양한 영역대의 진공펌프 성능을 조건적으로 시험을 수 있는 시험장치를 진공펌프 성능시험 기준이 부합되도록 설계, 제작하여 다양한 진공 영역의 진공펌프 실험에 대한 기준을 재정립하여 진공펌프의 성능 측정 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 통일되지 않은 측정결과를 규격 기준으로 통일하도록 할 수 있으므로 제품 개발과 성능 개선을 촉진할 수 있는 등 다양한 효과가 있다. 또한, 진공펌프 성능시험을 포함하여 진공펌프의 구동계 임펠러를 포함하는 각종 축계장치의 진동해석을 가능하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 진공펌프 시험장치의 전체 구성 개략도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 진공펌프 시험장치의 챔버 구성도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차압유량계의 일측면도.
도 4는 도 3의 A - A'선 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 차압유량계의 오리피스 판 및 치수 상세도.
이하, 도면을 참고로 본 발명을 구체적으로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 진공펌프 시험장치의 전체 구성 개략도이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 진공펌프 시험장치의 챔버 구성도이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차압유량계의 일측면도 이다. 도 4는 도 3의 A - A'선 단면도이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 차압유량계의 오리피스 판 및 치수 상세도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 진공펌프 시험장치는, 도 1에 전체적 구성이 나타나 있다.
주요 부분은, 내부가 공간으로 이루어진 챔버(10), 챔버(10)를 중심으로 설치되어 외부공기를 챔버(10)의 흡입공기도입관(11)으로 유도하는 흡입덕트(12), 챔버(10)와 한쪽이 연결되고 다른 쪽은 시험대상 진공펌프(13)와 연결되어 챔버(10)와 진공펌프(13)를 상통시키는 연결관(14), 진공펌프(13)를 통과한 공기를 배출하는 배출관(15)이다.
그리고, 챔버(10), 흡입덕트(12), 연결관(14) 그리고 배출관(15)을 따라 설치되거나 이들 중 하나 이상을 선택하여 공기 유동 온도와 압력 그리고 배기상태를 검출해내는 측정수단 및 시험대상 진공펌프(13)가 부하 운전 중 과부하, 과진공, 고온 및 이상 진동이 발생하여 각 기준 값 설정치 이상 일 때 진공펌프(13)를 자동 또는 수동 정지시킬 수 있도록 하는 제어수단을 포함할 수 있다.
또한, 챔버(10)는, 상부 측에 과다한 부압으로 인한 챔버(10) 및 배관 손상방지를 위해 압력이 조절되는 안전밸브(16)가 설치되고, 챔버(10) 내부의 압력을 측정하기 위해 부르동 압력계(17)가 챔버(10)의 중간 높이를 기준으로 설치되며, 챔버(10)의 하부는 출구관(18)이 형성되고, 상기 출구관(18)에는 시험대상 진공펌프(13)에 연결되는 연결관(14)이 결합 된다.
또한, 흡입덕트(12)를 따라 차압유량계(19)가 설치되고 그 차압유량계(19)에는 수은주 압력계(20)와 바람직하게는 U-자형 흡입압력계(21) 그리고 조절밸브(22)가 차례로 설치될 수 있다.
차압유량계(19)는 흡입덕트(12)와 챔버(10)의 중간에 위치하도록 장착되고 흡입덕트(10)의 유입구에는 습도계(23)와 온도계(24)를 설치할 수 있다.
또한, 챔버(10)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 시험대상 진공펌프(13)가 정상운전 중 조절밸브(22)를 차단하여 연결관(14)측에 진공이 발생하기 시작하면 배기속도와 도달진공도를 측정가능 하도록 하기 위하여 원통형 구조로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 조절밸브(22)와 챔버(10)를 연결하는 흡입공기도입관(11)의 배관은 챔버(10) 내부의 중앙 상단까지 연장하는 것이 좋고 챔버(10)의 하부는 흡입공기에 포함된 응축수 또는 이물질이 배출될 수 있도록 연결관(14)과 챔버(10) 사이에 드레인밸브(25)를 설치할 수 있다. 연결관(14)과 연결되는 부분은 깔데기 모양의 하부덮개(26)를 체결하여 구성될 수 있다.
또한, 차압유량계(19)는, 도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 조립프레임(27)과 오리피스 판(28)으로 구분되어 결합 된다. 조립프레임(27)에 오리피스 판(28)이 내장형으로 결합 되고, 오리피스 판(28)을 조립프레임(27)에 결합하기 위한 지지블럭(27a)을 가지며, 그 지지블럭(27a)에는 공간(27b)이 형성되어 있으며 공기 유동을 안내하기 위하여 수은주 압력계(20)를 연결하는 연결공(29)과 흡입압력계(21)를 연결하는 연결공(30)을 각각 구분 형성하여 구성될 수 있다.
또한, 챔버(10)와 진공펌프(13)에 유입되는 산란을 감소시키기 위해 흡입덕트(12)와 연결관(14)은 평형을 유지하도록 평행하게 설치되며, 연결관(14)과 배출관(15)에는 유동 소음을 억제하기 위하여 각각 소음기(31a)(31b)를 장착하는 것이 바람직하다. 도 1에는 소음기(31a)(31b)가 장착된 예가 나타나 있다.
또한, 흡입덕트(12), 연결관(14), 소음기(31a)(31b), 배출관(15)으로 이루어지는 배관계 부품들은 진공상태에서 누설을 최소화하고 발청을 방지하기 위해 스테인리스강으로 제작될 수 있으며, 모든 부품은 발청 방지를 위하여 스테인레스계 소재를 포함하여 내식성이 우수한 소재를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 측정수단은, 챔버(10)와 진공펌프(13) 사이 공기 유동 온도와 압력을 측정하기 위하여 연결관(14)에 설치된 입구온도계(32) 및 입구압력계(33)와, 배출관(15)을 따라 배출되는 공기 유동 압력과 온도를 측정하기 위하여 연결관(14)에 설치된 출구압력계(34) 및 출구온도계(35)로 구성될 수 있다.
또한, 제어수단은, 챔버(10)에 설치되어 챔버(10) 내 진공상태를 측정하여 진공신호를 전달하는 전자식 진공계(36), 시험대상 진공펌프(13)의 구동축에 설치된 가속도계(37) 및 진공펌프(13)의 적소에 설치된 전기식 온도계(38), 그리고 진공펌프(13)의 베어링부에 설치된 진동계(39)를 구비할 수 있다.
그리고, 전자식 진공계(36), 가속도계(37), 온도계(38), 진동계(39)로부터 전달되는 신호를 변환하는 A/D변환기(40) 및 변환된 신호를 증폭시키는 증폭기(41), 그리고 증폭된 신호를 전달받아 주어진 구동 명령을 실행하는 마이크로 프로세서를 포함하는 제어반(42) 및 표시부(43)로 구성될 수 있다.
이 밖에 정밀도와 안정성 그리고 신뢰도를 높이기 위해 보다 정밀한 제어계측장치 및 모니터링 디스플레이장치가 부가적으로 설치될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명은 개발대상 펌프를 중진공펌프로 정하고 이를 시험하기 위하여 종전에는 없었던 새로운 시험장치를 설계하기 위해 KS 등의 규격을 조사하고 적용 가능한 시험기준을 마련하였다. 또한 이를 활용하여 본 발명에 따른 시험장치를 설계하였다. 중진공펌프의 모든 성능시험 규격의 예를 참고하면 아래의 <표 1>과 같다.
진공펌프 성능시험 관련규격
순번 규격번호 규격내용 비고
1 KSA0612 조임 기구에 의한 유량 측정 방법
2 KSB0222 관용 테이퍼 나사
3 KSB1311 묻힘키 및 키홈
4 KSB1400 주철제 V 벨트 풀리
5 KSB1540 진공 장치용 플랜지
6 KSB5323 면적 유량계
7 KSB6314 기름회전 진공펌프 성능시험 방법
8 KSB6314-1 기름회전 진공펌프-도달진공도 시험 방법 ○
9 KSB6314-2 기름회전 진공펌프-배기속도 시험 방법 ○
10 KSB6324 기름회전 진공펌프 ○
11 KSB6350 터어보형 블로우어 . 압축기의 시험 및 검사 방법
12 KSB6351 용적형 압축기의 시험 및 검사 방법
13 KSB6361 송풍기 소음레벨 측정 방법
14 KSB6930 저진공펌프 성능 시험방법
15 KSBISO10816-1 기계적 진동-비회전부의 측정에 의한 기계진동의 평가-제1부
16 KSC1303 지시 전기계기
17 KSD3556 피아노 선
18 KSD3752 기계 구조용 탄소 강재
19 KSD4301 회 주철품
20 KSM6535 일반용 V 고무 벨트
21 ISO213 60-2 Vacuum technology Standard methods formeasuring vacuum-pump performance
<표 1>의 규격 가운데 개발 대상제품으로 선정한 중진공펌프의 성능시험에 적합한 규격은 KSB6314, KSB6314-1, KSB6314-2로 판단되었다.
본 발명에서는 중진공펌프의 시험방법을 정립하고 또한, 진공펌프 성능시험 기준에 부합되는 시험장치를 설계, 제작하여 중진공 영역의 진공펌프 실험 기준을 재정립하고 올바르게 측정할 수 있도록 하였고, 임펠러를 포함하는 축계장치의 진동해석이 가능하도록 하였다.
그리고, 위와 같은 기준에 따라 시험의 종류를 선택하고 그 시험 기준을 적용하여 중진공펌프의 최종성능 목표치를 다음과 같이 정하였다.
시험의 종류 및 최종성능 목표치
분 류 시 험 항 목 최종성능 목표치
종합
성능시험		 배기속도시험(대표성능시험) 2,500 m3/h
흡입 공기량 시험 10-7 Pa·m3/s
도달진공도시험(대표성능시험) 10-3 torr
소음측정시험 ≤80 dB
진동측정시험 ≤20 μm(0.6～2.8mm/s)
내환경
성능시험		 운용 가진시험 105 cycle
고온시험 55℃ x 6hr(온도곡선 참조)
습도시험 RH 50～90%, 269h(습도곡선 참조)
수명시험 수명시험 3x106cycle
여기서 사용되는 용어의 정의는 다음과 같다.
* 배기속도(S) : 단위시간에 펌프 흡입부를 통해 흘러나가는 기체의 체적으로 일반적으로 m3/h로 표시된다.
* 흡입유량 : 펌프 흡기구를 통하여 단위시간에 흐르는 기체량으로 단위는 Pa·m3/h로 표시되며, 시험 챔버 입구에 설치된 조절밸브의 개도량에 따라 수동 조절되고 조절밸브 앞단의 차압유량계로 측정된다.
* 도달압력 : 정상운전 중 시험 챔버 내부압력 변화가 거의 없는 상태에서 챔버에 설치된 부르동관 압력계 또는 디지털 압력계로 측정되며, 측정단위는 일반적으로 Pa로 표시된다.
* 도달진공도 : 시험챔버의 압력변화가 없는 상태에서의 펌프 흡입측의 흡입소음기가 설치된 평행관에 설치된 입구압력계로 측정된 진공압력이며, 측정단위는 Pa이므로 이를 torr로 환산한다.
* 압축비 : 펌프 배기구의 압력과 흡기구의 압력의 비(p2/p1).
* 최대배기량 : 정상상태로 계속 운전되면서 배출되는 최대 기체량(m3).
* 온도상승 : 펌프의 기체 흐름이 거의 없는 정상운전 상태에서 흡·배기구 온도차이를 말하며 진공펌프 및 송풍기의 냉각 정도에 따라 상이하게 나타난다.
* 소음레벨 : 펌프 및 송풍기가 정격속도 및 부하상태로 운전 중 펌프 또는 송풍기 소음원으로부터 수평 1m 거리에서 소음계로 측정되며, 측정단위는 A-웨이팅에서 dB로 표시된다.
* 진동레벨 : 펌프 및 송풍기가 정격속도 및 부하상태로 운전 중 펌프 또는 송풍기의 지지베어링 케이싱에 설치된 상하, 좌우, 전후 방향의 가속도계로 측정된다. 측정단위는 mm, ㎛, mm/s로 표시되며,진동발생은 주로 베어링 손상, 구동축의 배열(얼라인먼트) 불량, 회전운동부의 질량 불평형이 원인이다.
본 발명에 따른 시험장치는 건식 내지는 습식의 진공펌프로 진공도 10-1torr 이하의 저진공펌프와 10-2~10-4torr 범위의 중진공펌프와 가압형 송풍기의 배기속도, 흡입유량, 흡입압력, 도달압력, 도달진공도, 압축비, 최대배기량, 온도상승, 누설량, 소음 및 진동 등을 측정하는데 사용 가능하며 2대의 펌프를 직렬 또는 병렬로 연결하여 동시에 시험할 수 있다.
본 발명에 따른 시험장치는 이와 같이 중진공펌프의 성능시험을 위해 구성되었으나 거의 모든 영역의 저,중,고,초진공펌프의 성능시험이 가능하다.
구체적인 구성과 치수 관리에 관하여 참고적으로 설명하면 다음과 같다.
챔버(10)를 중심으로 챔버(10) 입구의 평행관에는 흡입공기가 유입되는 흡입덕트(12), 차압유량계(19), 그 차압유량계(19)의 상부에 수은주 압력계(20)가 위치하고 차압유량계(19) 하부에는 U자형 흡입압력계(21)가 위치하며, 조절밸브(22)가 차례로 설치되어 있다.
차압유량계(19)는 흡입덕트(12)와 챔버(10)의 중간에 위치된다. 차압유량계(19)를 중심으로 흡입덕트(10)와 챔버의 거리를 약 600mm 하는 경우, 챔버(10) 중심과 조절밸브(22) 거리는 약 1,500mm를 유지하는 것이 바람직하다.
흡입덕트(12)의 유입구에는 습도계(23)와 온도계(24)가 설치된다. 챔버(10)에는 상부에 과다한 부압(진공)으로 인한 챔버(10) 및 각 배관의 손상방지를 위해 적절하게 압력이 조절되는 안전밸브(16)와 챔버(10) 내부의 압력을 측정하기 위해 부르동 압력계(17)가 챔버(10) 중간 높이에 설치된다.
챔버(10)의 하부 출구관(18)은 적절하게 경사진 깔때기 형태의 리듀서를 거쳐 진공펌프(13)에 연결되는 평행관이 조립된다. 챔버(10) 중심으로부터 진공펌프(13)의 입구온도계(32) 및 입구압력계(33)의 거리는 약 1,500mm, 입구압력계(33) 및 입구온도계(32)와 진공펌프(13)의 흡입구의 거리는 약 2,000mm를 유지하고 흡입측 소음기(31a)는 그 중간 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
챔버(10)와 진공펌프(13) 사이에는 입구압력계(33), 입구온도계(32), 흡입 소음기(31a)가 차례로 배치되며 진공펌프(13) 출구관과 토출측 소음기(31b) 사이에는 출구압력계(34), 출구온도계(35)가 상하로 설치된다.
진공펌프(13) 출구로부터 약 1,500mm 거리에 상하로 배치되는 출구온도계(35)와 출구압력계(33)가 설치되고, 이로부터 약 1,000mm 떨어진 위치에 출구 소음기(31b)가 수직방향으로 설치된다.
챔버(10)와 진공펌프(13)에 유입되는 산란을 감소시키기 위해 각각의 흡입관은 평행하게 유지되며 챔버(10)와 소음기(31a)(31b)를 포함하는 모든 배관장치는 진공상태에서 누설을 최소화하고 발청을 방지하기 위해 스테인리스강으로 제작된다.
이와 별도로, 진공펌프(13) 본체와 구동축에 설치된 가속도계(37)와 회전계(미도시) 및 온도계(38), 그리고 전자식진공계(36) 등으로부터 측정된 전자기적 신호를 A/D변환기(40) 및 증폭기(41)를 통하여 신호를 변환하고 이를 통해 진공펌프(13)를 자동으로 정지시키거나 수동으로 기동시키는 제어반(42)으로 출력하여 제어되도록 한다.
보다 구체적인 제어방법의 예는 적용하는 각종 측정 기구 및 센서류 그리고 설정된 기준 값을 비교 판단하여 구동명령을 실행하는 마이크로 프로세서에 의해 변동되므로 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 본 발명은 차압유량계(19)를 구성하는데 있어서 오리피스 판(28)과 조립프레임(27)의 구성 및 주요치수는 도 5에 나타내었다. 이들의 재료는 스테인리스강으로 한다. 여기서 사용된 기호는 도면 도 5에 나타나 있는 바와 같으며, 흡입덕트(12) 또는 공기흡입관 지름 D, 오리피스 판 지름 d일 때 오리피스의 스로틀 면적비
Figure 112010064985490-pat00001
는 대개 0.05~0.64 범위로 하며, 오리피스 에지의 경사각 F=30~45ㅀ, 수은주 연결구
Figure 112010064985490-pat00002
는 4~10mm를 유지한다.
도 3 및 도 4에는 차압유량계(19) 및 오리피스 판(28)의 형상과 결합 구조가 구체적으로 나타나 있고, 도 5에는 본 발명의 실시 예에 따른 차압유량계(19)용 오리피스 판(28) 구성과 주요치수가 나타나 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 챔버(10)는, 진공펌프(13)의 정상운전 중 조절밸브(22)를 차단하여 진공펌프(13) 흡입측에 진공이 발생하기 시작하면 배기속도와 도달진공도를 측정가능 하도록 한다.
이를 위하여 챔버(10)의 형상은 원통형 구조로 적용되었고, 상부에 안전밸브(16)가 설치되고 조절밸브(22)와 챔버(10)를 연결하는 배관은 챔버(10) 내부의 중앙 상단까지 연장된다.
챔버(10)의 하부는 흡입공기에 포함된 응축수 또는 이물질이 펌프 흡입관의 챔버(10) 가까이 설치된 드레인밸브(25)를 통하여 배출이 가능하도록 하며 펌프 흡입관이 연결되는 깔데기 모양의 하부덮개(26)가 체결된다.
챔버(10)의 용적은 약 1,000리터 정도로 하며, 흡입덕트(10), 차압유량계(19), 흡입압력계(21) 및 조절밸브(22)가 설치되는 흡입공기관의 흡입덕트(10)는 챔버(10)의 흡입측에 연결되고 입구압력계(33), 입구온도계(32), 흡입 소음기(31a), 진공펌프(13), 출구압력계(34), 출구온도계(35) 및 토출 소음기(31b)가 설치되는 토출 공기관은 챔버(10)의 토출측에 연결된다.
이들 흡입공기관과 토출공기관의 지름은 약 200mm이며, 진공펌프(13)의 흡·토출구의 크기가 이보다 작을 경우 리듀서를 소음기 및 펌프에 조립하여 연결할 수 있다.
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챔버(10)와 진공펌프(13) 사이의 배관은 총 배기시간의 20% 이상을 초과하지 않도록 하고, 챔버(10)의 재료는 스테인리스강(SUS316)을 사용하는 것이 바람직하다. 도 2에는 챔버의 구체적인 예가 나타나 있다.
챔버(10)의 용량은 아래의 사항을 참조하여 구한다.
펌프 용량, 챔버의 용량, 도달 진공도에 도달하기까지의 요구되는 시간, 도달 진공도, 초기 진공도, 보정계수 등이다.
측정방법은 아래와 같이 할 수 있다.
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1) 챔버 누설량
기온 18~25℃±2℃, 상대습도 60%의 대기상태에서, 성능시험 2시간 전에 진공펌프를 가동하여 압력변동이 없을 때 작동밸브를 차단한다. 이와 같이 챔버의 기체를 배제한 상태에서 배기속도
Figure 112010064985490-pat00012
, 챔버 용적
Figure 112010064985490-pat00013
일 때 1분간에
Figure 112010064985490-pat00014
(Pa) 이하의 압력차를 유지하는지 확인한다.
2) 배기속도
시험장치에서 배기속도를 측정할 경우, 진공상태인 챔버(10)의 안전밸브(16)를 개방하고 상대습도 20% 이하인 질소 혹은 공기를 대기압까지 충진한 후, 진공펌프(13)를 작동하여 챔버(10)의 기체를 배출시킨다.
진공펌프(13)를 작동하여 압력변동이 거의 없을 때까지의 시간 및 압력을 3회 측정하여 계산된 배기속도의 평균값을 구한다. 계산치의 최대와 최소의 차이가 10%를 초과하면 다시 측정한다.
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3) 압축비
시험실의 기체온도를 18~25℃±2℃, 상대습도 60%로 유지하고, 진공펌프(13)를 규정회전수의 ±5% 범위의 회전수로 운전하여 챔버(10)의 작동밸브를 잠근다. 충분한 시간이 경과된 후, 진공펌프(13) 흡배기 압력차를 측정하며, 주어진 압축비의 20%를 초과할 경우에는 다시 측정한다.
4) 흡입공기량
진공펌프(13)의 구동전동기는 정격출력으로 작동하며, 흡입구경과 전동기의 정격출력에 따른 흡입 공기량은 흡입 측 조절밸브(16)를 이용하여 조절한다. 조절밸브(16)를 완전히 열었을 때의 최대 부압과 완전히 닫았을 때의 최대 공기량에 따른다. 흡입공기량은 마노미터를 이용하여 오리피스 전후 압력차를 측정하여 산출한다.
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5) 도달 진공도
진공펌프(13) 구동 전동기를 정격출력으로 작동하여 기체 주입구를 닫고, 발라스트가 열린 상태에서 1시간 동안 작동한 후 진공도를 측정한다. 이후 기체 발라스트가 닫힌 상태에서 1시간 동안 작동한 후 진공도를 측정한다. 각 조건에서 진공도는 30분 간격으로 연속 3회 측정한다. 3회 연속적인 측정값에서 진공도의 감소가 ±5 % 이내이어야 한다.
6)소음 및 진동
외부소음을 40dB(A) 이하로 차단할 수 있는 차음실에 설치된 진공펌프(13)를 정상상태로 운전하여 소음원이라 판단되는 펌프의 위치로부터 수평 1m 거리에서 소음측정장치를 이용하여 60초간 측정하고, 진공펌프(13)의 베어링 하우징 부근에 3방향(상하, 좌우, 전후) 진동측정이 가능한 가속도계를 설치하여 진동을 측정한다. 차음실의 이용이 불가능할 경우에는 2개의 마이크로 구성되는 지향성 소음계를 사용하며, 온도에 따른 가속도계의 측정오차를 최소화하기 위해 180℃ 온도에서도 사용가능한 가속도계를 사용한다.
7) 운용 가진 시험
진공펌프(13)가 외부의 진동영향을 받을 경우 조립부의 풀림, 변형, 파손 등이 발생하지 않고 대표 성능인 배기속도와 도달진공도의 사양에 만족하는지 여부를 확인하기 위하여 주파수 11.6Hz에 도달할 때까지는 진폭 7.7mm, 11.5~150Hz에서는가속도 20m/s2로 시험한다.
ㆍ사전 시험으로서 육안 검사 및 대표 성능시험을 실시한다.
ㆍ주파수 범위 1~150Hz, 정현파 소인(sweep) 진동레벨(진폭 7.5 mm 이하, 가속도 : 20 m/s2 이하), 증가율 1 octave/min, 진동방향 3축(±X, ±Y, ±Z) 방향에 대해 각각 10회 시험을 실시한 후, 사후 시험으로서 육안 검사 및 대표 성능시험을 실시한다.
8) 내구성 시험
진공펌프(13)의 신뢰성 확인을 위해 시료 2개를 약 1,000시간 가속수명시험을 실시한 후 2개 모두 고장이 발생하지 않고 종합성능 및 대표성능인 배기 속도와 도달 진공도의 평가기준을 만족하여야 한다.
ㆍ진공펌프 모터의 회전 속도는 최대로 운전한다.
ㆍ흡입측 공기의 온도는 70±2℃로 상승 시킨다.
ㆍ8분 운전, 2분 정지를 1사이클로 하여 총 약 1,000시간 수행한다.
ㆍ수명시험 전과 완료 후에 종합성능시험을 실시한다.
ㆍ총 수명시험 시간의 50 % 구간에서 대표성능시험을 실시한다.
위와 같은 시험장치를 활용하면 진공펌프의 성능시험에 적합한 전술한 규격은 KSB6314, KSB6314-1, KSB6314-2의 시험조건을 충족시킬 수 있으며, 이러한 시험 기준을 적용하는 경우 최종 진공펌프의 성능 목표치를 달성하였는지를 시험 데이터를 통해 정확하게 파악 가능하다.
한편, 본 발명에서는 시험장치의 흡입덕트(12)에는 흡입공기의 습도와 온도를 측정하기 위한 습도계(23)와 온도계(24)가 설치되고 흡입덕트(12)와 챔버(10) 사이에 흡입공기의 흡입압력과 펌프의 흡배기속도 측정을 위한 수은주 압력계(20)및 흡입압력계(21)가 설치되는 차압유량계(19)가 장착된다.
챔버(10)에는 전자식 압력계 이외에 부르동 압력계(17)가 추가될 수 있다.
또한 시험장치의 흡입덕트(12)와 챔버(10) 사이의 평행관 중간에 다양한 용량의 펌프에 흡입되는 흡입공기의 유량을 조절하기 위한 조절밸브(22)가 설치되고, 원통형 챔버(10)의 용량은 펌프의 1회전 배기량의 2배 정도이나 3,000m3/h 정도까지의 다양한 용량의 펌프를 시험할 수 있도록 하고 배기속도 측정을 위한 시간을 충분하게 여유를 갖도록 약 1,000리터로 한다.
그리고, 도면에 나타나 있지 않은 회전계와 진동센서는 진공펌프(13)측 구동축과 베어링부에 설치될 수 있으며 진공펌프(13)의 성능시험에 중요한 항목인 소음레벨 측정을 위한 소음계 또한 도면에 나타나 있지 않으나 진공펌프(13)의 소음원에서 수평으로 약 1m 거리에 설치될 수 있다
또한, 진공펌프(13)를 구동하는 전동기의 전원을 on-off 시켜 진공펌프(13)를 기동하고 정지시키는 제어수단은, 진공펌프(13)가 부하운전 중 과부하, 과진공, 고온 및 이상 진동이 발생하여 각각의 설정치 이상일 때 진공펌프(13)를 자동 또는 수동(비상정지)으로 정지시키는 기능을 한다.
자동정지를 위한 측정신호에는 챔버(10)에 설치된 전자식 진공계(36)로 측정된 진공신호와 진공펌프(13)에 설치된 전기식 온도계(24) 및 진공펌프(13)의 베어링부에 설치된 3방향(펌프를 중심으로 상하, 좌우, 전후방향) 진동계(39)로부터 측정된 온도 및 진동신호를 각각의 A/D변환기(40) 및 증폭기(41)를 거쳐 제어반(42)에 입력한다.
2대의 시험대상 진공펌프(13)를 직렬 또는 도면에 나타낸 바와 같이 병렬로 연결하여 동시에 시험하는 경우에는 각각의 진공펌프(13)를 운전·정지시키기 위해 각각의 제어부를 구비할 수 있다.
본 발명은 다양한 영역대의 진공펌프 성능을 조건적으로 시험을 수 있는 시험장치를 진공펌프 성능시험 기준이 부합되도록 설계, 제작하여 다양한 진공 영역의 진공펌프 실험에 대한 기준을 재정립하여 진공펌프의 성능 측정 신뢰성이 향상된다.
측정결과를 규격 기준으로 통일하도록 할 수 있으므로 제품 개발과 성능 개선을 촉진할 수 있다.
진공펌프 성능시험을 포함하여 진공펌프의 구동계 임펠러를 포함하는 각종 축계장치의 진동해석이 가능하다.
이와 같이 본 발명은 도면 및 명세서를 통하여 발명의 일 실시 예를 참고로 설명하였으나 예시이다. 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 균등한 실시가 가능하다.
10:챔버 11:흡입공기도입관
12:흡입덕트 13:진공펌프
14:연결관 15:배출관
16:안전밸브 17:부르동압력계
18:출구관 19:차압유량계
20:수은주압력계 21:흡입압력계
22:조절밸브 23:습도계
24:온도계 25:드레인밸브
26:하부덮개 27:조립프레임
27a:지지블럭 27b:공간
28:오리피스판 29:연결공
30:연결공 31a.31b:소음기
32:입구온도계 33:입구압력계
34:출구압력계 35:출구온도계
36:전자식진공계 37:가속도계
38:전기식온도계 39:진동계
40:A/D변환기 41:증폭기
42:제어반 43:표시부

Claims (9)

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  2. 내부가 공간으로 이루어진 챔버(10); 상기 챔버(10)를 중심으로 설치되어 외부공기를 챔버(10)의 흡입공기도입관(11)으로 유도하는 흡입덕트(12); 상기 챔버(10)와 한쪽이 연결되고 다른 쪽은 시험대상 진공펌프(13)와 연결되어 챔버(10)와 진공펌프(13)를 상통시키는 연결관(14); 상기 진공펌프(13)를 통과한 공기를 배출하는 배출관(15); 상기 챔버(10), 흡입덕트(12), 연결관(14) 그리고 배출관(15)을 따라 설치되거나 이들 중 하나 이상을 선택하여 공기 유동 온도와 압력 그리고 배기상태를 검출해내는 측정수단; 시험대상 진공펌프(13)가 부하 운전 중 과부하, 과진공, 고온 및 이상 진동이 발생하여 각 기준 값 설정치 이상 일 때 진공펌프(13)를 자동 또는 수동 정지시킬 수 있도록 하는 제어수단;을 포함하며,
    상기 챔버(10)는, 상부 측에 과다한 부압으로 인한 챔버(10) 및 배관 손상방지를 위해 압력이 조절되는 안전밸브(16)가 설치되고, 챔버(10) 내부의 압력을 측정하기 위해 부르동 압력계(17)가 챔버(10)의 중간 높이를 기준으로 설치되며, 챔버(10)의 하부는 출구관(18)이 형성되고, 상기 출구관(18)에는 시험대상 진공펌프(13)에 연결되는 연결관(14)이 결합된 것을 특징으로 하는 진공펌프 시험장치.
  3. 내부가 공간으로 이루어진 챔버(10); 상기 챔버(10)를 중심으로 설치되어 외부공기를 챔버(10)의 흡입공기도입관(11)으로 유도하는 흡입덕트(12); 상기 챔버(10)와 한쪽이 연결되고 다른 쪽은 시험대상 진공펌프(13)와 연결되어 챔버(10)와 진공펌프(13)를 상통시키는 연결관(14); 상기 진공펌프(13)를 통과한 공기를 배출하는 배출관(15); 상기 챔버(10), 흡입덕트(12), 연결관(14) 그리고 배출관(15)을 따라 설치되거나 이들 중 하나 이상을 선택하여 공기 유동 온도와 압력 그리고 배기상태를 검출해내는 측정수단; 시험대상 진공펌프(13)가 부하 운전 중 과부하, 과진공, 고온 및 이상 진동이 발생하여 각 기준 값 설정치 이상 일 때 진공펌프(13)를 자동 또는 수동 정지시킬 수 있도록 하는 제어수단;을 포함하며,
    상기 흡입덕트(12)를 따라 차압유량계(19)가 설치되고 그 차압유량계(19)에는 수은주 압력계(20)와 흡입압력계(21) 그리고 조절밸브(22)가 차례로 설치되며, 상기 차압유량계(19)는 흡입덕트(12)와 챔버(10)의 중간에 위치하도록 장착되고 흡입덕트(10)의 유입구에는 습도계(23)와 온도계(24)가 설치된 것을 특징으로 하는 진공펌프 시험장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 챔버(10)는, 시험대상 진공펌프(13)가 정상운전 중 조절밸브(22)를 차단하여 연결관(14)측에 진공이 발생하기 시작하면 배기속도와 도달진공도를 측정가능 하도록 하기 위하여 원통형 구조로 형성되며, 조절밸브(22)와 챔버(10)를 연결하는 흡입공기도입관(11)의 배관은 챔버(10) 내부의 중앙 상단까지 연장되고, 챔버(10)의 하부는 흡입공기에 포함된 응축수 또는 이물질이 배출될 수 있도록 연결관(14)과 챔버(10) 사이에 드레인밸브(25)가 설치되어 있으며, 연결관(14)과 연결되는 부분은 깔데기 모양의 하부덮개(26)가 체결되어 구성된 것을 특징으로 하는 진공펌프 시험장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 차압유량계(19)는, 조립프레임(27)과 오리피스 판(28)으로 구분되어 결합된 것으로 조립프레임(27)에 오리피스 판(28)이 내장형으로 결합 되고, 오리피스 판(28)을 조립프레임(27)에 결합하기 위한 지지블럭(27a)을 가지며, 그 지지블럭(27a)에는 공간(27b)이 형성되어 있으며 공기 유동을 안내하기 위하여 수은주 압력계(20)를 연결하는 연결공(29)과 흡입압력계(21)를 연결하는 연결공(30)이 각각 구분되어 형성된 것을 특징으로 하는 진공펌프 시험장치.
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  9. 내부가 공간으로 이루어진 챔버(10); 상기 챔버(10)를 중심으로 설치되어 외부공기를 챔버(10)의 흡입공기도입관(11)으로 유도하는 흡입덕트(12); 상기 챔버(10)와 한쪽이 연결되고 다른 쪽은 시험대상 진공펌프(13)와 연결되어 챔버(10)와 진공펌프(13)를 상통시키는 연결관(14); 상기 진공펌프(13)를 통과한 공기를 배출하는 배출관(15); 상기 챔버(10), 흡입덕트(12), 연결관(14) 그리고 배출관(15)을 따라 설치되거나 이들 중 하나 이상을 선택하여 공기 유동 온도와 압력 그리고 배기상태를 검출해내는 측정수단; 시험대상 진공펌프(13)가 부하 운전 중 과부하, 과진공, 고온 및 이상 진동이 발생하여 각 기준 값 설정치 이상 일 때 진공펌프(13)를 자동 또는 수동 정지시킬 수 있도록 하는 제어수단;을 포함하며,
    상기 제어수단은, 상기 챔버(10)에 설치되어 챔버(10) 내 진공상태를 측정하여 진공신호를 전달하는 전자식 진공계(36)와,
    상기 시험대상 진공펌프(13)의 구동축에 설치된 가속도계(37) 및 진공펌프(13)의 적소에 설치된 전기식 온도계(38), 그리고 진공펌프(13)의 베어링부에 설치된 진동계(39)와,
    상기 전자식 진공계(36), 가속도계(37), 온도계(38), 진동계(39)로부터 전달되는 신호를 변환하는 A/D변환기(40) 및 변환된 신호를 증폭시키는 증폭기(41), 그리고 증폭된 신호를 전달받아 주어진 구동 명령을 실행하는 마이크로 프로세서를 포함하는 제어반(42) 및 표시부(43)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공펌프 시험장치.
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KR101835467B1 (ko) 2017-08-03 2018-03-08 동명대학교 산학협력단 자가진단 기능을 갖는 진공펌프
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